肿瘤 防治 研究 2019 年 第 46 卷 第 6 期 Cancer Res Prev Treat , 2019 , Vol . 46 , No . 6 · 561 · 
doi : 10 . 3971 j . issn . 1000 - 8578 . 2019 . 18 . 1625 
新型 二 维 纳 米 材料 联合 超 声 相关 生物 医学 
技术 在 肿瘤 诊疗 中 的 应用 进展 
杨微 ， 马永宁 ， 郝 轶 
摘 要 ： 新型 二 维 纳 米 材料 因 其 特有 的 物理 、 化学 及 生物学 特性 ， 成为 近年来 材料科学 及 生物 医学 
领域 研究 的 焦点 。 作为 其中 的 典型 代表 — — 石墨 烯 ， 因 其 水溶性 好 、 比 表面积 大 等 优点 而 在 肿瘤 治疗 
的 应用 领域 发展 迅速 。 黑 磷 是 近期 发现 的 二 维 纳 米 材料 新 成员 ， 因 其 更 大 的 比 表面积 及 卓越 的 光电 特 
性 ， 被 视为 新 的 超级 材料 。 现 以 石墨 烯 及 黑 磷 为 代表 ， 对 新型 二 维 纳 米 材料 的 生物学 特性 ， 以及 联合 
超 声 相关 生物 医学 技术 在 肿瘤 诊疗 中 的 应用 及 研究 进展 进行 综述 。 
关键词 ： 新型 二 维 纳 米 材料 ； 黑 磷 ； 石墨 烯 ； 超 声 ； 肿瘤 治疗 
中图 分类 号 ： R 730 
文献 标识 码 ： A 开放 科学 ( 资源 服务 ) 标识 码 ( OSID ) ： 
收 稿 日期 ： 2018 - 11 - 02 ； 修 回 日期 ： 2019 - 02 - 14 
基金 项目 ： 深圳市 科 创 委 自由 探索 项目 （ JCYJ 201703 
0 7 1 4 4 2 4 6 7 9 2 ） ； 南 方 医 科 大 学 临 床 研 究 启 动 计 划 
（ LC 2016 YM 018 ） 
作者 单位 ： 518100 深圳 ， 南方 医科 大学 深圳 医院 超 
声 医学 科 
通信 作者 ： 郝 轶 ， E - mail : haoyi 0320 sz @ 163 . com 
作者 简介 ： 杨微 （ 1993 - ） ， 女 ， 硕士 在读 ， 主要 从事 
超 声 医学 结合 分子 生物技术 的 肿瘤 诊断 与 治疗 研究 
· 综 述 · 
0 引言 
二 维 纳 米 材料 是 指 一个 维度 具有 限定 尺寸 ， 而 
在 其他 两 个 维度 上 可 无限 延伸 的 材料 。 从 最初 的 
石墨 烯 开始 ， 二 维 纳 米 材料 发展 到 现在 已 有 20 多 
种 ， 包括 石墨 烯 、 黑 磷 、 六 方 氮化 硼 、 过渡 金属 二 
硫 族 化合物 和 过渡 金属 碳化 物 等 [ 
1 ] 
。 二 维 材料 中 最 
具有 代表性 的 材料 是 石墨 烯 （ graphene ） ， 它 是 由 
碳 原子 以 sp 2 杂 化 轨道 组成 的 六 角 型 ， 仅 单层 原子 
厚度 的 蜂巢 晶 格 状 平面 结构 。 其 基本 结构 单元 为 
有机 结构 中 最 稳定 的 六 元 苯 环 ， 厚度 仅 0 . 35 nm ， 
是 目前 已知 最 薄 的 二 维 纳 米 材料 ， 最 早 于 2004 年 
由 英国 曼 切 斯 特 大学 的 Geim 及 Novoselov 等 利用 微 
机械 分离 的 方法 获得 ， 两 人 因此 获得 2010 年 诺 贝 
尔 物理学 奖 [ 
2 ] 
。 石墨 烯 可 通过 卷曲 形成 零 维 的 富 
勒 烯 、 一 维 的 碳 纳 米 管 以及 堆 垛 成 三维 的 石墨 。 
其 特殊 的 结构 使得 石墨 烯 表现 出 许多 优异 的 理化 
性质 ， 如 良好 的 导热 性能 ， 其 热 导 率 高达 5 × 103 

W ( m . K ) ， 较 大 的 比 表面积 （ 单片 石墨 烯 的 比 表面 
积 为 2 630 m 2 g ） 、 优异 的 光学 性能 等 ， 因此 广泛 
应用 于 药物 传递 、 抗 肿瘤 、 临床 检测 、 生物工程 
等 生物 医学 领域 。 
2014 年 ， 复旦 大学 Li 等 [ 
3 ] 
首次 利用 胶带 机械 剥 
离 法制 得 厚度 仅 7 . 5 nm 的 二 维 黑 磷 纳 米 材料 （ black 
phosphorus , BP ） 。 二 维 黑 磷 的 成功 制备 使 其 成为 
二 维 材料 的 新 成员 。 黑 磷 是 一种 由 范德 华力 相互 
作用 、 将 单个 原子 层叠 加 在 一起 的 层 状 材料 ， 每 
个 磷 原子 与 三 个 相邻 的 磷 原子 共 价 结合 ， 形成 二 · 562 · 肿瘤 防治 研究 2019 年 第 46 卷 第 6 期 Cancer Res Prev Treat , 2019 , Vol . 46 , No . 6 
维 波浪 状 结构 ， 比 石墨 烯 具有 更多 的 褶皱 ， 使得 黑 
磷 纳 米 材料 具有 更 大 的 比 表面积 ， 在 载 药 方面 具有 
更 大 的 优势 。 相比 于 石墨 烯 ， 作为 二 维 半导体 材料 
的 黑 磷 具有 较 宽 的 可 调节 带 隙 （ 0 . 3 ~ 2 . 0 ev ） ， 使 
其 在 紫 外 、 红 外 和 可见光 光谱 中 具有 广泛 的 光 吸 
收 ， 这种 独特 的 光学 特性 使 黑 磷 在 生物 传感 、 光 
声 成像 、 光 动力学 治疗 、 光 热 治疗 领域 具有 更 大 
的 优势 [ 
4 ] 
。 此外 ， 石墨 烯 在 体内 需 经 功能 化 修饰 后 
才能 被 降解 ， 而 黑 磷 在 体内 可 直接 在 水 和 氧气 的 
作用 下 直接 降解 ， 产生 无毒 的 中间 体 ， 因此 在 体 
内 应用 更 安全 ， 尤其 是 在 癌症 治疗 方面 [ 
5 ] 
。 
1 石墨 烯 、 黑 磷 的 生物学 性能 
1 . 1 在 药物 载体 方面 的 应用 进展 
国际上 常用 的 化疗 药物 主要 以 细胞 毒性 药物 
为主 ， 存在 靶 向 性 差 、 心 肾 毒 副作用 大 、 治 疗效 
果 不 理想 的 问题 。 近年 研究 表明 超 声 联合 载 药 微 
泡 可 有效 杀伤 肿瘤 细胞 ， 但 研究者 发现 微 泡 粒 径 
较 大 ， 应用 单层 微 泡 脂质 壳 层 的 载 药 能力 有限 ， 
往往 难以 达到 疾病 治疗 的 有效 剂量 ， 并且 其 靶 向 
递送 效果 有限 。 
目前 有 学者 认为 利用 纳 米 材料 及 技术 研制 生 
物 相容 性 更 好 ， 能 同时 装载 抗 肿瘤 药物 及 基因 ， 
且 具有 良好 的 控 释 功能 ， 可 实现 肿瘤 定点 靶 向治 
疗 ， 在 提高 药物 生物 利用 度 的 同时 减少 药物 的 毒 
副作用 。 最佳 的 药物 载体 应 具备 安全 可靠 、 转 染 
能力 高 、 药物 与 载体 的 良好 协同 作用 以及 靶 向 性 
好 等 特点 。 由于 比 表面积 大 、 易于 修饰 等 特点 ， 
石墨 烯 、 黑 磷 等 新型 二 维 纳 米 材料 作为 药物 载体 
在 生物 医学 领域 受到 了 极 大 关注 ， 现 已 成为 国际 
上 新型 药物 载体 的 研究 热点 。 
目 前 ， 国 内 外 学 者 已 针 对 氧 化 石 墨 烯 
（ graphene oxide , GO ） 载 药 方面 做 了 很多 的 研究 
工作 。 2008 年 Liu 等 [ 
6 ] 
首次 将 氧化 石墨 烯 作为 药物 
载体 ， 其 用 聚 乙 二 醇 （ polyethylene glycol , PEG ） 
对 纳 米 氧化 石墨 烯 （ nano - graphene oxide , NGO ） 
进行 表面 修饰 以 增加 石墨 烯 溶解 性 ， 同时 通过 π - π 
键 堆积 的 方式 将 石墨 烯 与 喜 树 碱 SN 38 结合 ， 利于 
药物 在 体内 的 释放 。 研究 证实 NGO - PEG - SN 38 作 
为 药物 载体 具有 可靠 的 生物 安全性 。 但是 ， 当前 
的 GO 体系 主要 通过 非 共 价 物理 吸附 来 载 药 ， 存在 
载 药量 不 稳定 和 肿瘤 被动 靶 向 的 缺点 。 而 正己 酰 
羧 甲 基 壳 聚 糖 （ CHC ） 表面 具有 氨基 、 羧 基 等 化 
学 基 团 ， 易于 修饰 ， 水溶性 差 ， 只有 在 酸性 水 溶 
液 中 才能 溶解 。 CHC 修饰 后 的 GO 可 连接 各种 特 
异性 靶 向 配 体 ， 在 肿瘤 酸性 微 环境 中 才能 溶 解释 
药 。 Bao 等 [ 
7 ] 
将 制备 的 氧化 石墨 烯 共 价 接 枝 壳 聚 糖 
（ GO - CS ） 作为 抗癌 药物 喜 树 碱 的 纳 米 载体 ， 实验 
发现 该 复合材料 在 72 h 后 对 喜 树 碱 （ CPT ） 的 负载 
量 增长 至 17 . 5 % ， 同时 毒性 测试 表明 ， 100 mg L 的 
GO - CS 载体 本身 没有 毒性 ， 但是 负载 GO - CS - CPT 
的 复合物 的 50 % 抑制 浓度 （ IC 50 ） 仅 为 29 μmol L 。 
Wang 等 [ 
8 ] 
也 报道 了 将 环形 精 氨 酸 - 甘 氨 酸 - 天 冬 氨 酸 
多 肽 （ cyclic Arg - Gly - Asp , cyclic RGD , cRGD ） 壳 聚 
糖 氧化 石墨 烯 聚合物 作为 肝 细胞 癌 靶 向 治疗 的 药 
物 释放 系统 ， 该 系统 对 阿 霉 素 的 负载 能力 高达 1 . 00 
mg mg ， 在 pH 值 较 低 时 即 肿瘤 环境 下 能够 很 好 地 识 
别 肝癌 细胞 并 释放 药物 对 其 进行 吞噬 。 
黑 磷 是 继 石墨 烯 之后 的 二 维 材料 新宠 ， 展现 
出 卓越 的 光电 特性 ， 被 视为 新 的 超级 材料 [ 
9 ] 
， 尤 
其 是 在 生物 医药 领域 具有 巨大 的 应用 价值 。 相对 
传统 材料 ， 黑 磷 主要 在 药物 载体 、 肿瘤 的 光 声 成 
像 、 光 热和 光 动力 疗法 新 材料 三 大 方面 体现 了 它 
的 潜力 [ 
10 - 11 ] 
。 目前 ， 本 课题组 两 名 成员 （ 合作 单 
位 ： 深圳 大学 张晗 教授 千 人 课题组 成员 ） 在 既往 
的 研究 中 ， 采用 优化 的 液态 剥离 法 ， 首次 将 黑 磷 
二 维 纳 米 薄片 应用 于 诊断 治疗 制剂 载体 的 制备 以 
及 功能 化 修饰 ， 研发 了 一种 负载 化疗 药物 阿 霉 素 
的 “ 黑 磷 纳 米 片 载体 系统 ” 。 其 具有 较 大 的 表面 
积 ， 很 好 的 生物 相容 性 ， 负载 量 和 载 药性 能 显著 
高于 传统 的 聚合物 纳 米 粒子 载体 ， 提高 了 化疗 药 
物 疗效 。 研究 中 联合 采用 聚焦 超 声控 释 的 生物 响 
应 调节 的 化疗 — 光 热 联合 治疗 方法 ， 载 药 效率 可 
达 95 % 。 在 体内 外 验证 了 强大 的 抑 瘤 效果 ， 可 精 准 
靶 向 治疗 癌症 [ 
12 - 14 ] 
。 另 一 项 研究 [ 
15 ] 
也 证明 黑 磷 纳 米 
片 可 负载 自身 质量 为 其 数 十 倍 的 阿 霉 素 （ 载 药 重 
量 约 950 % ） ， 且 基于 黑 磷 二 维 纳 米 材料 的 光 热 、 
光 动力 活性 ， 成功 将 黑 磷 纳 米 薄片 与 光 热 、 光 动 
力 治疗 及 化疗 三 种 抗 肿瘤 模式 结合 ， 实现 肿瘤 多 
模式 联合 治疗 。 
1 . 2 在 肿瘤 光 热 治疗 方面 的 应用 进展 
光 热 治疗 （ photothermal therapy , PTT ） 是 在 
激光 照射 下 ， 利用 光 热 转换 产生 热量 ， 进而 引起 
局部 高温 来 破坏 、 杀死 肿瘤 细胞 ， 达到 治疗 癌症 
的 目的 。 相较 于 传统 的 手术 治疗 、 放疗 和 化疗 ， 
光 热 治疗 具有 副作用 小 、 可控 性 好 等 优点 。 二 维 
石墨 烯 、 黑 磷 等 新型 纳 米 材料 在 近 红外光 区域 
（ near - infrared light , NIR ） 具有 优越 的 光 吸收 特性 
及 高效 的 热 传导 性 ， 其 作为 光 热 治疗 剂 在 癌症 的 
光 热 治疗 中 具有 广泛 的 应用 前景 。 肿瘤 防治 研究 2019 年 第 46 卷 第 6 期 Cancer Res Prev Treat , 2019 , Vol . 46 , No . 6 · 563 · 
Yang 等 将 花 菁 染料 7 （ Cy 7 ） 作为 荧光 标记 方 
法 ， 探究 了 PEG 修饰 的 纳 米 石墨 片 （ PEG - NGS ） 
的 体内 过程 [ 
16 ] 
， 将 合成 的 PEG - NGS - Cy 7 复合 材 
料 静脉注射 24 h 后 在 肿瘤 区域 可见 很 强 的 荧光 信 
号 ， 可见 该 复合材料 对 肿瘤 细胞 具有 较 强 的 靶 向 
性 。 随后 ， 在 808 nm 近 红外光 照射 后 肿瘤 组织 
达到 100 % 消融 ， 同时 体内 试验 进一步 证明 PEG - 
NGS 的 潜在 体内 毒性 低 且 可 有效 增强 PTT 抗 肿瘤 
效果 。 此外 ， 石墨 烯 还 可 与 用于 光 动力学 治疗 
（ photodynamic therapy , PDT ） 的 光 敏 剂 结合 ， 实 
现 多 模式 肿瘤 治疗 。 例如 ， Li 等 [ 

利用 逐步 共 轭 法 
将 氧化 石墨 烯 与 光 敏 剂 富 勒 烯 （ C 60 ） 结合 ， 成功 
研制 了 GO - C 60 复合物 ， 实验 证实 该 复合物 可 在 近 
红外光 作用 下 同时 进行 光 热 及 光 动力学 治疗 ， 两 
者 协同 治疗 肿瘤 的 效果 优于 PTT 或 PDT 单独 治疗 。 
黑 磷 较 宽 的 可 调节 带 隙 使 其 在 光 热 治疗 中 具 
有 独特 的 优势 


